CSIRO评估澳大利亚关键矿产中游加工能力

2024年7月24日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）发布报告《从矿物到材料：评估澳大利亚关键矿产中游加工能力》（From minerals to materials: an assessment of Australia's critical minerals mid-stream processing capabilities），对在澳大利亚建立中游加工工业所需的创新首次进行全面评估，并分析了澳大利亚发展具有竞争力和可持续性的中游加工工业制造业的创新机会。

报告评估范围涵盖了中游加工，即从矿石中提取化合物和生产增值材料。报告概述了3个关键供应链：锂离子电池、稀土磁铁（用于风力涡轮机和电动汽车）和晶体硅太阳能光伏。这些技术被纳入澳大利亚战略和关键技术声明中所述的关键矿物优先技术。在澳大利亚国家电池战略中，中游加工也被强调为国家电池制造和全球多样化努力的组成部分。通过结合数据驱动的洞察、全面的技术分析以及广泛的行业和研究咨询，该分析确定了研发和国际合作的挑战和机遇。

1 报告背景

能源转型、清洁能源技术和电动汽车的发展使关键矿产的需求在过去5年翻了一番，达到3200亿美元。然而，能源技术供应链高度集中，特别是在供应链的中游部分。全球多元化努力面临着诸如高成本、相关知识产权和专有技术的获取不均衡以及环境、社会和治理（ESG）挑战等障碍。

澳大利亚拥有丰富的矿产和可再生资源禀赋、强大的工业基础、健全的体制结构和高度活跃的研究、开发和示范（RD&D）部门，可以为全球能源转型提供所需的关键矿产和增值产品。为了发展强大的中游加工业并与全球加工强国竞争，澳大利亚将需要多方面的举措，从技术创新和战略合作到政策框架和投资。

对澳大利亚及其国际合作伙伴来说，供应链中关键步骤的多样化在技术上和商业上都具有挑战性。专注于中游加工的研发可以提供改进的和新的途径，使其更高效、更低成本、整合绿色能源并减少或消除对环境有害的反应物的使用。这将使澳大利亚能够出口负责任生产的材料，增强澳大利亚的经济弹性和复杂性，并为实现可持续和低碳未来的更广泛目标做出贡献。现在是新供应商进入关键矿产市场的机会，但是，对现有能力和技术途径的协调和了解不足可能会阻碍澳大利亚的进展。

2 澳大利亚的研发能力

了解澳大利亚在关键矿产加工领域的研发能力对于支持整合国内和国际供应链的决策至关重要。它提供了对澳大利亚可以利用其研发优势的地方以及需要进一步关注能力建设或国际合作的领域的基本了解。评估澳大利亚的中游加工能力并展示活跃的研究和行业组织可以促进国内利益相关者网络的发展。重要的是，它让国际组织和政府更好地了解澳大利亚的格局及其优势。

澳大利亚关键矿产研发生态系统规模庞大，种类繁多，利益相关者覆盖产业界、学术界和政府部门。通过学术成果产出、专利或试点项目等指标评估发现，17所大学和32个行业组织拥有高水平的研发活动，包括CSIRO、柯廷大学、新南威尔士大学等。澳大利亚在数种关键矿物的中游加工方面具有显著的研发优势，但有些地区比其他地区更发达。澳大利亚在中游加工的第一步（即萃取冶金）方面表现强劲，而生产增值中间体的能力仍在发展中。与其他矿物相比，锂和钴在澳大利亚的研发活动水平较高。澳大利亚在石墨方面的专利活动也非常活跃，在光伏回收方面的学术成果产出也非常活跃。

澳大利亚的研究部门在学术成果产出方面非常活跃，表明其在基础研究和应用研究方面实力雄厚。平均而言，澳大利亚的学术成果产出占全球产出的2%至3%。这被认为与澳大利亚的经济规模相当。

作为全球活动的一部分，澳大利亚专利产出的份额低于其学术成果产出的份额，这表明研究并不总是转化为专利。进一步的细分显示，澳大利亚是钴、锂、石墨和稀土加工等多个领域专利申请最多的国家之一。

3 澳大利亚的研发优势和需要监控的领域

澳大利亚在中游加工领域的研发活动因矿物和研发活动类型而异。表1总结了澳大利亚在2个中游加工环节中的研发活动，这2个步骤是澳大利亚开展更多陆上增值活动的战略的核心。

（1）萃取冶金：使用湿法冶金、火法冶金或还原技术从原材料或废料中提取和精炼高纯度化合物和金属。这包括生产锂化合物和金属、钴化合物、混合和分离的稀土化合物以及冶金级硅。

（2）中间产品和先进材料：进一步精炼以生产中间产品和合成先进材料。这包括生产含锂和钴的阴极活性材料、石墨阳极材料、稀土金属和合金以及太阳能级多晶硅。

研发活动根据3个指标进行评估：学术成果发表、专利以及试点和商业实例。

（1）被归类为“非常强”或“强”的技术是澳大利亚相对于其全球经济规模而言具有高水平研发活动的领域。在这些领域，澳大利亚可以利用其优势发展国内中游加工，并为科学外交和国际供应链做出重大贡献。

（2）对于被归类为“中等”的领域，澳大利亚可能拥有坚实的国内活动基础，但这与人们对澳大利亚这样规模的经济体的预期相当或略低。这些领域可能需要进一步监测进展情况。

（3）被归类为“有限”的领域是澳大利亚学术产出或专利活动份额非常小的领域，或者没有在国内完成试点或示范的领域。这些领域需要考虑是否开始在国内建设能力，还是与该领域相对强大的国家进行合作。

表1 澳大利亚在两个中游加工环节中的研发活动

开采、先进材料和中间产品领域之间的学术成果发表、专利和试点/商业活动的差异，在一定程度上可以用澳大利亚关键矿产行业的现状来解释。传统上，国内活动集中在采矿和/或中游加工的初始步骤。数据反映了这一重点，其中活动水平最高的是开采技术，这些技术主要与采矿作业后直接发生的增值过程有关。鉴于初始中游加工步骤是一个近期机会，也是实现更大增值的第一步，迄今为止，研发活动更侧重于这些技术。

澳大利亚和其他采矿国家在进一步进入中游加工方面也面临着巨大挑战。挑战包括来自中国的激烈成本竞争、获取知识产权、内部专有技术和商业机密、所需的大量资本和研发投资以及 ESG考虑。

4 全球供应链和国际研发能力

澳大利亚进入关键材料中游加工的理由源于全球可再生能源部门日益增长的需求、当前全球供应链的集中风险以及出口可持续生产材料的机会。澳大利亚作为关键矿物和增值材料的主要供应商进入市场的机会至关重要。

开采后，大部分原材料被运往中国进行中游加工。只有少数情况下，中游开采过程才会在原产国进行。造成这种情况的一些原因是进入门槛高（例如高资本支出和获得知识产权或能力）、价格波动以及能源或化学密集型工艺的环境风险。这些障碍对于可再生能源供应链尤其明显，因为中国以外的知识和技能非常有限，而且在管理扩散性方面存在社会许可问题。

锂离子电池、太阳能光伏和稀土磁体的下游制造活动相对而言不如中游加工集中。在这里，中国向制造零部件和能源技术的国家出口部分中间产品和先进材料。一个例外是硅供应链的晶圆制造步骤，这是供应链中最高度集中的部分，通常与多晶硅生产垂直整合。在回收方面，全球很大一部分锂离子电池废料被送往中国，以回收高价值材料和金属（例如锂和钴）。

尽管全球研究活动多样化，但中游加工环节中的专利商业化仍然高度集中。过去 15年来，来自大学和公共研究机构的全球学术成果产出呈上升趋势，并且在全球范围内保持相对多样化。然而，在过去15年中，来自中国的专利数量大幅增加，而世界其他地区的专利活动保持相对稳定，甚至在2022年出现下降。这可能表明，将研究转化为商业成果是一项全球挑战，并非澳大利亚独有。值得注意的是，虽然中国有大量创新活动，但补贴可能对专利申请数量产生了扭曲影响。中国预计将在2025年实施知识产权激励改革，旨在促进高影响力专利技术研发。

澳大利亚在多种矿产方面拥有世界领先的专业知识，可以为国际多元化做出很大贡献。然而，澳大利亚的经济在经济合作与发展组织（OECD）中占比不到3%，因此澳大利亚在所有优先领域和所有关键矿产方面开展研发的能力可能有限。在澳大利亚知识产权或行业知识水平有限的领域，国际合作有助于克服获取知识产权或工业能力的障碍。一些国家拥有专利，但出于经济原因，正寻求有吸引力的司法管辖区来建立中游加工厂。一些国家已表示有意支持企业在澳大利亚等上游司法管辖区建立工厂。澳大利亚也可能授权海外知识产权或建立合资企业，以部署国内业务。

5 优先研发领域

报告确定了3个优先研发领域，以实现跨各种供应链的关键矿物加工。

5.1 在成本和可持续性方面进行持续和逐步的改进

国际供应链多元化是全球公认的战略重点，然而，项目的经济性将继续影响对增值项目的投资，无论这些项目是在澳大利亚还是在其他地方开发。因此，持续改进以降低成本的研发将有助于确保国内项目在资源行业的周期性中保持竞争力和弹性。此外，确定和开发能够带来逐步变化的效益的技术可能会带来突破，从而改变成本结构。除了提高成本竞争力外，与现有工艺相比，中游工艺的许多连续和逐步改进也可以提供更可持续的结果。改善的环境和社会成果可以提高在对进口产品施加可持续性要求和税收（如欧盟碳调整税）的司法管辖区，以及自愿采购负责任供应的公司的竞争力。

5.2通过跨领域能力和共享基础设施实现研发投资回报最大化

通过战略性地将资源分配到有利于多个供应链的跨领域研发领域，有机会提高效率并最大限度地提高研发投资的回报。尽管关键矿物具有不同的特性，在某些条件下表现不同，但有一系列中游加工技术可应用于各种矿物、金属和材料。适用于一种矿物的能力可以对其他矿物产生创新溢出效应。此外，研发基础设施，例如提供实验室和中试规模服务的共享用户设施，可以帮助测试澳大利亚产品的可行性并加速国内项目部署。已确定21种跨领域技术工艺适用于各种关键矿物。这些技术工艺可分为四大类：还原法、火法冶金、湿法冶金和先进材料制造。这些技术不仅可以应用于报告中所讨论的5种矿物，还可能应用于澳大利亚关键矿物清单中确定的其他31种关键矿物。

5.3整合其他领域的研究成果和技术，支持商业和政策决策

有几个研究领域可以提供最有效的技术、政策或商业途径的重要信息，以有效地开发更强大的陆上中游加工。这可以帮助商业和政策决策，并支持流程开发和创新。这些研究领域包括环境、建模、机器人和自动化、安全和社会许可。

转载本文请注明来源及作者：中国科学院西北生态环境资源研究院文献情报中心《地球科学动态监测快报》2024第15期 刘学 编译。